भौतिकी: अवधारणाएँ और नियम

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• भौतिकी वह प्राकृतिक विज्ञान है जो पदार्थ, इसके मूलभूत घटकों, अंतरिक्ष और समय के माध्यम से इसकी गति और व्यवहार, और ऊर्जा और बल से संबंधित संस्थाओं का अध्ययन करता है।
• भौतिकी सबसे बुनियादी वैज्ञानिक विषयों में से एक है, और इसका मुख्य लक्ष्य यह समझना है कि ब्रह्मांड कैसे व्यवहार करता है।

मूल अवधारणाएँ

• क्लासिकल मैकेनिक्स स्थूल वस्तुओं की गति का वर्णन करता है।
  • न्यूटन के गति के नियम: जड़ता, त्वरण और क्रिया-प्रतिक्रिया।
  • संरक्षण नियम: ऊर्जा, संवेग और कोणीय संवेग।
• ऊष्मप्रवैगिकी गर्मी, काम और ऊर्जा हस्तांतरण से संबंधित है।
  • शून्यवाँ नियम: थर्मल संतुलन।
  • पहला नियम: ऊर्जा का संरक्षण।
  • दूसरा नियम: बंद प्रणाली में एन्ट्रापी बढ़ती है।
  • तीसरा नियम: परम शून्य अप्राप्य है।
• विद्युत चुंबकत्व विद्युत आवेशों और चुंबकीय क्षेत्रों से जुड़ी बातचीत की व्याख्या करता है।
  • कूलम्ब का नियम: विद्युत आवेशों के बीच बल।
  • फैराडे का नियम: विद्युत चुम्बकीय प्रेरण।
  • मैक्सवेल के समीकरण: बिजली और चुंबकत्व का एकीकरण।
• प्रकाशिकी प्रकाश के व्यवहार और गुणों का अध्ययन करता है।
  • परावर्तन और अपवर्तन।
  • प्रकाश का तरंग-कण द्वैत।
  • हस्तक्षेप और विवर्तन।
• क्वांटम यांत्रिकी परमाणु और उप-परमाणु स्तरों पर पदार्थ के व्यवहार का वर्णन करता है।
  • पदार्थ का तरंग-कण द्वैत।
  • अनिश्चितता सिद्धांत: स्थिति और संवेग दोनों को ठीक से नहीं जाना जा सकता है।
  • क्वांटम उलझाव: क्वांटम सिस्टम के बीच संबंध।
• सापेक्षता अंतरिक्ष और समय के बीच संबंध का वर्णन करती है।
  • विशेष सापेक्षता: प्रकाश की निरंतर गति और युगपतता की सापेक्षता के अभिधारणाएँ।
  • सामान्य सापेक्षता: गुरुत्वाकर्षण को स्पेसटाइम की वक्रता के रूप में।

यांत्रिकी

• कीनेमेटिक्स बलों पर विचार किए बिना गति का वर्णन करता है।
  • विस्थापन: स्थिति में परिवर्तन।
  • वेग: विस्थापन के परिवर्तन की दर।
  • त्वरण: वेग के परिवर्तन की दर।
• डायनेमिक्स बलों पर विचार करते हुए गति का वर्णन करता है।
  • बल: बातचीत जो गति में बदलाव का कारण बनती है।
  • न्यूटन के गति के नियम: जड़ता, त्वरण और क्रिया-प्रतिक्रिया।
  • घर्षण: बल जो गति का विरोध करता है।
• कार्य और ऊर्जा
  • कार्य: बल गुणा विस्थापन।
  • गतिज ऊर्जा: गति की ऊर्जा।
  • स्थितिज ऊर्जा: संग्रहीत ऊर्जा।
  • ऊर्जा का संरक्षण: ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है।
• संवेग और आवेग
  • संवेग: द्रव्यमान गुणा वेग।
  • आवेग: संवेग में परिवर्तन।
  • संवेग का संरक्षण: एक बंद प्रणाली में, संवेग संरक्षित रहता है।
• घूर्णी गति अक्ष के चारों ओर वस्तुओं की गति का वर्णन करती है।
  • कोणीय विस्थापन: कोण में परिवर्तन।
  • कोणीय वेग: कोणीय विस्थापन के परिवर्तन की दर।
  • टॉर्क: घूर्णी बल।
  • जड़ता का क्षण: घूर्णी गति का प्रतिरोध।
• गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान वाली वस्तुओं के बीच आकर्षक बल का वर्णन करता है।
  • न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम: बल द्रव्यमानों के उत्पाद के समानुपाती होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के विपरीत आनुपातिक होता है।
  • गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा: किसी वस्तु की ऊर्जा गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में उसकी स्थिति के कारण होती है।

ऊष्मप्रवैगिकी

• तापमान कणों की औसत गतिज ऊर्जा का माप है।
  • स्केल: सेल्सियस, फ़ारेनहाइट, केल्विन।
  • थर्मल संतुलन: जब संपर्क में आने वाली वस्तुएं समान तापमान तक पहुँचती हैं।
• ऊष्मा ऊष्मीय ऊर्जा का हस्तांतरण है।
  • चालन: किसी सामग्री के माध्यम से स्थानांतरण।
  • संवहन: तरल गति के माध्यम से स्थानांतरण।
  • विकिरण: विद्युत चुम्बकीय तरंगों के माध्यम से स्थानांतरण।
• ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम कहता है कि ऊर्जा संरक्षित है।
  • आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन ऊष्मा जमा घटा काम के बराबर होता है।
• ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम कहता है कि एक बंद प्रणाली में एन्ट्रापी बढ़ती है।
  • एन्ट्रापी: विकार का माप।
  • ऊष्मा इंजन: उपकरण जो ऊष्मीय ऊर्जा को काम में बदलते हैं।
• ऊष्मप्रवैगिकी का तीसरा नियम कहता है कि परम शून्य अप्राप्य है।
  • परम शून्य: सबसे कम संभव तापमान।

विद्युत चुंबकत्व

• विद्युत आवेश पदार्थ का एक मौलिक गुण है।
  • प्रकार: सकारात्मक और नकारात्मक।
  • कूलम्ब का नियम: विद्युत आवेशों के बीच बल।
• विद्युत क्षेत्र प्रति इकाई आवेश बल है।
  • विद्युत आवेशों द्वारा निर्मित।
  • विद्युत क्षमता: प्रति इकाई आवेश स्थितिज ऊर्जा।
• धारा विद्युत आवेश का प्रवाह है।
  • ओम का नियम: वोल्टेज धारा गुणा प्रतिरोध के बराबर होता है।
  • श्रृंखला और समानांतर सर्किट।
• चुंबकत्व चुम्बकों द्वारा लगाया गया बल है।
  • चुंबकीय क्षेत्र: गतिमान आवेशों द्वारा निर्मित।
  • गतिमान आवेशों पर चुंबकीय बल।
• विद्युत चुम्बकीय प्रेरण बदलते चुंबकीय क्षेत्रों के कारण वोल्टेज या धारा का उत्पादन है।
  • फैराडे का नियम: प्रेरित वोल्टेज चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर के समानुपाती होता है।
• मैक्सवेल के समीकरण बिजली और चुंबकत्व को एकीकृत करते हैं।
  • विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के व्यवहार का वर्णन करें।
  • विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अस्तित्व की भविष्यवाणी करें।
• विद्युत चुम्बकीय तरंगें विक्षोभ हैं जो अंतरिक्ष में फैलते हैं।
  • रेडियो तरंगें, माइक्रोवेव, इंफ्रारेड, दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी, एक्स-रे और गामा किरणें शामिल हैं।

प्रकाशिकी

• परावर्तन एक सतह से प्रकाश का उछाल है।
  • परावर्तन का नियम: आपतित कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है।
• अपवर्तन प्रकाश का एक माध्यम से दूसरे में गुजरने पर मुड़ना है।
  • स्नेल का नियम: आपतित कोणों और अपवर्तन को अपवर्तक सूचकांकों से संबंधित करता है।
• लेंस ऐसे उपकरण हैं जो छवियों को बनाने के लिए प्रकाश को अपवर्तित करते हैं।
  • अभिसारी लेंस: प्रकाश को फोकस करते हैं।
  • अपसारी लेंस: प्रकाश को फैलाते हैं।
• हस्तक्षेप तरंगों का अध्यारोपण है।
  • रचनात्मक हस्तक्षेप: तरंगें जुड़ जाती हैं।
  • विनाशकारी हस्तक्षेप: तरंगें रद्द हो जाती हैं।
• विवर्तन बाधाओं के चारों ओर तरंगों का मुड़ना है।
  • विवर्तन झंझरी: प्रकाश को उसके घटक रंगों में अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है।
• ध्रुवीकरण प्रकाश तरंगों के विद्युत क्षेत्र का संरेखण है।
  • ध्रुवीकरण फिल्टर: एक विशिष्ट ध्रुवीकरण के साथ प्रकाश संचारित करते हैं।

क्वांटम यांत्रिकी

• तरंग-कण द्वैत कहता है कि कण तरंग जैसे गुणों को प्रदर्शित कर सकते हैं और तरंगें कण जैसे गुणों को प्रदर्शित कर सकती हैं।
  • डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य: एक कण से जुड़ा तरंग दैर्ध्य।
• अनिश्चितता सिद्धांत कहता है कि स्थिति और संवेग दोनों को ठीक से नहीं जाना जा सकता है।
  • हाइजेनबर्ग का अनिश्चितता सिद्धांत: एक गुण जितना अधिक सटीक रूप से जाना जाता है, दूसरा उतना ही कम सटीक रूप से जाना जा सकता है।
• क्वांटम उलझाव क्वांटम सिस्टम के बीच संबंध है।
  • एक उलझे हुए कण का मापन दूरी की परवाह किए बिना तुरंत दूसरे की स्थिति को प्रभावित करता है।
• क्वांटम सुपरपोजिशन एक क्वांटम सिस्टम की एक ही समय में कई स्थितियों में रहने की क्षमता है।
  • श्रोडिंगर की बिल्ली: सुपरपोजिशन का वर्णन करने वाला एक विचार प्रयोग।
• क्वांटम टनलिंग एक कण की एक बाधा से गुजरने की क्षमता है, भले ही उसके पास इसे दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा न हो।

सापेक्षता

• विशेष सापेक्षता सापेक्ष गति में पर्यवेक्षकों के लिए अंतरिक्ष और समय के बीच संबंध पर केंद्रित है।
  • अभिधारणाएँ: भौतिकी के नियम एकसमान गति में सभी पर्यवेक्षकों के लिए समान हैं, और निर्वात में प्रकाश की गति सभी पर्यवेक्षकों के लिए स्थिर है।
  • समय फैलाव: चलती वस्तुओं के लिए समय धीमा हो जाता है।
  • लंबाई संकुचन: चलती वस्तुओं के लिए लंबाई कम हो जाती है।
  • द्रव्यमान वृद्धि: चलती वस्तुओं के लिए द्रव्यमान बढ़ जाता है।
  • द्रव्यमान-ऊर्जा समतुल्यता: $E=mc^2$.
• सामान्य सापेक्षता गुरुत्वाकर्षण का वर्णन स्पेसटाइम की वक्रता के रूप में करती है।
  • विशाल वस्तुएं अपने चारों ओर स्पेसटाइम को विकृत कर देती हैं।
  • प्रकाश स्पेसटाइम में घुमावदार रास्तों का अनुसरण करता है।
  • गुरुत्वाकर्षण समय फैलाव: मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में समय धीमा हो जाता है।
• ब्रह्मांड विज्ञान ब्रह्मांड की उत्पत्ति, विकास और संरचना का अध्ययन करता है।
  • बिग बैंग सिद्धांत: ब्रह्मांड एक विलक्षणता से शुरू हुआ।
  • ब्रह्मांड का विस्तार: आकाशगंगाएँ एक-दूसरे से दूर जा रही हैं।
  • डार्क मैटर और डार्क एनर्जी: रहस्यमय पदार्थ जो ब्रह्मांड का अधिकांश भाग बनाते हैं।

भौतिकी पदार्थ, गति और ऊर्जा का अध्ययन है। इसमें क्लासिकल मैकेनिक्स, ऊष्मप्रवैगिकी और विद्युत चुंबकत्व शामिल हैं। यह ब्रह्मांड के व्यवहार को समझने में मदद करता है।